专利名称：一种基于随机替换的降噪方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及图像处理领域，具体涉及一种数字图像降噪处理领域。
背景技术：
图像降噪是高质量图像处理系统中一个非常重要环节。视频图像在压缩，传送，解压过程中都有可能引入噪声，噪声有可能是脉冲噪声，高斯噪声，也有可能是图像本身就包含的一些非均匀色块，色斑(下文中暂且称做渲染噪声)。噪声一般在运动图像或者图像边界部分都不易被察觉，但当图像静止或者噪声落在大面积平坦区域时候，由于噪声与背景不同，就很容易被肉眼察觉，从而引起图像的视觉效果变差。传统的降噪方法包括加权平均，高斯平滑等，这些方法都能适当的降低噪声，但平滑滤波会带来图像的边缘模糊。于是有了边缘自适应的降噪算法，即在原有降噪方法上加上边缘检测。常用的边缘检测算法一般有利用sobel算子，prewitt算子以及其他一些方法，其原理基本都是通过检测当前点与周围点的差异大小来确定边界，这样的边缘自适应的降噪算法能很好的保护边界，同时也能降低噪声。但是仍然存在一定的不足，例如，当利用平均或加权平均滤波，特别是一维滤波的方法，容易造成图像平坦区域出现明显的横扫现象，平均的点数越多，该现象越明显。出现该现象的原因是平滑滤波固有的模糊效应。一般图像平坦区并非绝对的一个值，而是由略有起伏的区域组成，并且在不同场之间，起伏的位置也会略有不同。如附图1所不，在原图的M场和M+1场的同一行的平坦区,存在一个小的起伏，该起伏的起始位置两场相差一个点，经过滤波之后，起伏的过渡带变宽，原始图像中一个点的轻微晃动变成了几个点的来回晃动，于是肉眼便会看到这种横扫现象。这种现象在饱和度特别大或者亮度较暗的场景容易被发现，比如蓝色背景。另外，当图像平坦区中存在一些渲染噪声时，由于斑点，色块均有一定大小，例如，附图1中的起伏宽度可能有十几个点。平滑滤波虽然足够模糊，最终的降噪图像中还是能看到该斑点或色块，因此，平滑滤波对于渲染噪声的处理能力存在不足。
发明内容
本发明实施例提供了一种基于随机替换的降噪方法，一种基于随机替换的降噪方法，该方法包括如下步骤初始化参数设置，所述初始化参数设置包括设置替换模板的长度、产生替换模板、替换边界大小、替换点标识的初始化值；其中，替换模板的长度为任意自然数；替换边界的大小可设置为不大于每行像素点数的一半的任意自然数；替换点标识的初始化值满足该替换点标识的取值范围依次从替换模板的第一个数值至该替换模板的最后一个值；对输入图像进行边缘检测，根据检测结果，判断当前像素是否位于平坦区域；若当前像素位于平坦区域，则判断替换点标识是否等于替换模板的长度减1，若是，则将该替换点标识复位为O ;否则,该替换点标识加I ;根据替换点标识,从替换模板中读取当前点的替换点坐标；
根据读取的坐标，将当前点用替换点替换。所述对输入图像进行边缘检测，根据检测结果，判断当前像素是否位于平坦区域，包括以下步骤根据输入当前像素点的像素值，检测当前像素点是否位于边界点、细节点；根据输入当前像素点的像素值，检测当前像素点是否位于阶梯过渡带区域；上述检测均为否时，则当前像素点既不处于边界点和细节点，也不处于阶梯过渡带区域，得到当前像素点处于平坦区，否则，位于非平坦区域。所述检测当前像素点是否位于阶梯过渡带区域包括如下步骤对输入像素点的像素值进行缓存；对相邻像素点的像素值进行差分得到一差分值；将得到的相邻像素点的差分值进行累加得到一累加值；对累加值取绝对值后与一设定的阈值进行比较；当累加值大于该设定的阈值时，则当前像素点处于阶梯过渡带区域，否则不处于阶梯过渡带区域。所述替换模板中的替换坐标为在正负替换边界值范围内的一组随机数确定的一维坐标。或者，所述替换模板中的替换坐标为在两组在正负替换边界值范围内的随机数组成的二维坐标。其中所述随机数均匀分布在正负替换边界值范围内。—种基于随机替换的降噪系统,该系统包括初始化参数设置单元，用于初始化参数设置；所述初始化参数设置包括设置替换模板的长度、产生替换模板、替换边界大小、替换点标识的初始化值；其中，替换模板的长度为任意自然数；替换边界的大小可设置为不大于每行像素点数的一半的任意自然数；替换点标识的初始化值满足该替换点标识的取值范围依次从替换模板的第一个数值至该替换模板的最后一个值；边缘检测单元，用于对输入图像进行边缘检测，根据检测结果，判断当前像素是否位于平坦区域；替换点标识计算单元，用于若当前像素位于平坦区域时，判断替换点标识是否等于替换模板的长度减1，若是，则将该替换点标识复位为O ;否则，该替换点标识加I ;替换点坐标读取单元,用于根据替换点标识,从替换模板中读取当前点的替换点坐标；替换单元，用于根据读取的坐标，将当前点用替换点替换。所述边缘检测单元包括边界和细节检测单元，用于根据输入当前像素点的像素值，检测当前像素点是否位于边界点、细节点；阶梯过渡带区域检测单元，用于根据输入当前像素点的像素值，检测当前像素点是否位于阶梯过渡带区域；平坦区域判断单元，用于根据边界和细节检测单元、阶梯过渡带区域检测单元的检测结果，判断当前点是否处于阶梯过渡带区域，只有当前像素点既不处于边界点和细节点，也不处于阶梯过渡带区域时，才表示当前像素点处于平坦区，否则处于非平坦区。所述阶梯过渡带区域检测单元包括
输入像素缓存单元，用于对输入像素点的像素值进行缓存；差分单元，用于对相邻像素点的像素值进行差分得到一差分值；累加单元，用于将得到的相邻像素点的差分值进行累加得到一累加值；比较单元，用于对累加值取绝对值后与一设定的阈值进行比较；区域判断单元，用于判断当累加值大于该设定的阈值时，则当前像素点处于阶梯过渡带区域，否则不处于阶梯过渡带区域。本发明实施例中通过采用随机替换的方法，基于更好的边界检测，排除边界点、细节点、阶梯过渡带区域的图像平坦区域，在该区域内才将图像点用周围的点做随机替换，从而把图像中的噪声信号‘分散’到周围各个区域，使得噪声不易被察觉。该方法及系统实现简单，且对渲染噪声和大多数(只要噪声点大于I个像素点)的高斯噪声都有较好的效果。
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是现有技术中平滑滤波对图像平坦区域的影响示意图；图2是本发明具体实施方式
中一种基于随机替换的降噪方法流程图；图3是图2所述降噪方法中对输入图像进行边缘检测的具体实施流程图；图4是图3所述边缘检测方法中检测当前点是否位于阶梯过渡带区域的具体实施流程图；图5是本发明具体实施方式
所述随机替换的坐标定义示意图；图6是本发明具体实施方式
所述降噪方法对原图像进行随机替换后的噪声分布变化示意图；图7是本发明具体实施方式
所述一种基于随机替换的降噪系统框图；图8是本发明具体实施方式
所述降噪系统中阶梯过渡带区域检测单元的具体结构框图。
具体实施例方式本发明实施例提供了一种降噪方法及系统，以下结合附图，对本发明具体实施方式
所述降噪方法及系统分别进行详细说明。如图2所示为本发明具体实施方式
中一种基于随机替换的降噪方法流程图，该方法包括如下步骤步骤SO :初始化参数设置；本发明具体实施方式
所述降噪方法中，初始化的参数设置包括设置替换模板的长度、产生随机替换模板、替换边界大小，并初始化设置当前替换点标识index = 0，标识从模板的第O个坐标开始替换。其中，模板的长度可设置为任意的自然数，为表述方便，本具体实施方式
采用L表示，且以L = 7为例。另外，替换边界的大小可设置为不大于每行像素点数的一半的任意自然数，为表述方便，本具体实施方式
采用η表示，且以η = 16为例进行说明，则当前点可以采用当前点左右的16个点替换，及替换范围在33个点之内，如图5所示为当前点及可替换点的坐标示意图，当前点坐标为O,当前点左边开始坐标依次为-1、-2、-3......-16，当前点右边开始左标依次为1、2、3、4......16。另外，初始化参数设置还包括随机替换模板的产生，本具体实施方式
以一维替换为例，则所述替换模板由L个随机数组成，该随机数的大小范围为±n之间，表示替换点坐标值。本具体实施方式
中，以模板长度为7为例，则随机替换模板为7个随机数，该7个随机数的大小均大于等于-16，小于等于+16。其中，随机数的产生可通过多种方式，例如可为线性反馈移位寄存器(LFSR)等，现有技术中很多随机数生成方法，均可以用于本发明具体实施方式
所述的随机替换模板，为叙述方便，本具体实施方式
中，以随机替换模板为[-1113 -5 7 -1310 7]为例对本发明具体实施方式
进行详细说明，当前替 换点标识index = O则表示用坐标为-11的点替换当前点。值得注意的是，为使替换后的图像具有更好的噪声分散效果，该随机替换模板中的随机数应尽量均匀分布在-η至η的范围内。另外，所述初始化参数设置中，替换点标识index的初始值也不局限于为0，也可设置初始值为1，则相应步骤S2中应改为判断替换点标识index是否等于替换模板的长度L，即满足index的取值范围依次从替换模板的第一个数值至该替换模板的最后一个值。步骤S1:对输入图像进行边缘检测，根据检测结果，判断当前像素是否位于平坦区域；步骤S2 :若当前像素位于平坦区域，则判断替换点标识index是否等于替换模板的长度L-1,若是,则将该替换点标识index复位为O ;否则,该替换点标识加I ;步骤S3 :读取当前点的替换点坐标；根据替换点标识index的值,确定选择模版的第几个随机数作为当前的替换点，例如，若index = I,在本具体实施方式
中，则当前点的替换点坐标为13,即选择当前点右边的第13个点替换当前点。若index = 2时，在本具体实施方式
中，则当前点的替换点坐标为_5，即选择当前点左边的第5个点替换当前点。步骤S4 :根据确定的坐标，将当前点用替换点替换。例如，步骤S3中根据替换点标识index确定的替换点坐标为7时,则用当前点右边的第7个点替换当前点。其中，边缘检测在本发明具体实施方式
所述降噪方法中是非常重要的步骤之一，由于与传统的平滑滤波等不同，基于随机替换的降噪方法对可替换区域的要求更加严格，否则跨边界或跨越较大的过渡带替换后，会给图像造成较为严重的是真。现有技术中的边缘检测方法对边界点或图像细节点的检测较为准确，但对于图像阶梯过渡带的检测往往不够准确。对于图像的阶梯过渡带区域，由于每一点与周围点都很接近，不会被检测为边缘，但是经过很长时间的过渡后，最重点和初始点的差距已经比较大，不再适合替换，如果此时替换则会产生较大的图像失真。因此，为防止在阶梯过渡带替换导致的失真，所述步骤SI还包括以下步骤步骤Sll :根据输入当前像素点的像素值，检测当前像素点是否位于边界点、细节点；所述边界点和细节点的检测方法可采用现有技术中的边界检测方法；步骤S12 :根据输入当前像素点的像素值，检测当前像素点是否位于阶梯过渡带区域；步骤S13 :上述检测均为否时，则得到当前像素点处于平坦区，否则，位于非平坦区域；即当前像素点既不处于边界点和细节点，也不处于阶梯过渡带区域时，才表示当前像素点处于平坦区，否则处于非平坦区。其中，步骤S12检测当前像素点是否处于阶梯过渡带区域的具体方法还包括如下步骤步骤S120 :对输入像素点的像素值进行缓存；步骤S121 :对相邻像素点的像素值进行差分；即将相邻的两个像素点相减，得到
一差分值；步骤S122 :将得到的相邻像素点的差分值进行累加，得到一累加值；步骤S123 :对累加值取绝对值后与一设定的阈值进行比较；其中，所述阈值可设置为任意的自然数，例如可设置阈值为10，又例如可设置为18等等，用户可根据实际的效果进行调试。步骤S124:当累加值大于该设定的阈值时，则当前像素点处于阶梯过渡带区域，否则不处于阶梯过渡带区域。上述步骤能准确检测出图像的阶梯过渡带区域，配合现有的边界及细节区域检测，可有效检测出图像的平坦区域，将平坦区域的渲染噪声和大多数的高斯噪声“分散”到周围的各个区域，使噪声不易被察觉，从而达到降噪的效果。如图6所示为本具体实施方式
所述降噪方法对原图像进行随机替换后的噪声分布变化示意图；与图1相比同样一处噪声经过随机替换后，大面积区域内存在的块状起伏被分散到了周围的区域，形成了孤立零星的点状起伏，再加上相邻行及相邻场的错位效应，使得图像噪声被大大减弱。值得注意的是，本发明所述基于随机替换的降噪方法不局限于本具体实施方式
所述的一维替换方法，还可以采用二维替换的方法，即采用以当前点为中心的2nX2n的大小的矩阵区域内的点替换当前点，相应的，则当前点的边界检测也可采用基于二维方向的边界检测。替换模板中每个替换点的坐标也为二维坐标，例如[(_3，4) (7,5) (13，9) (-11,-8)(10，-5) (8,1) (-15，6)]，则该替换模板的产生需要两组随机数组合构成，且两组随机数均在±n范围内，且尽量均匀分布，与一维坐标类似，+和-号表示与当前点的方位关系，如位于当前点的左右或上下。由于与本具体实施方式
的步骤及思想相同，对于基于二维随机替换的降噪方法不再赘述。基于上述降噪方法，本发明还提出了一种基于随机替换的降噪系统，该系统包括初始化参数设置单元，用于初始化参数设置，初始化的参数设置包括设置替换模板的长度L、产生随机替换模板、替换边界大小n，并初始化设置当前点替换标识index。其中当前点替换标识的初始值及替换点边缘检测单元，用于对输入图像进行边缘检测，根据检测结果，判断当前像素是否位于平坦区域；替换点标识计算单元，在当前像素位于平坦区域时，用于判断替换点标识index是否等于替换模板的长度L-1,若是,则将该替换点标识index复位为O ;否则,该替换点标识加I ;值得注意的是，该替换点标识index的初始值不局限于设定为零，只要满足index的取值范围依次从替换模板的第一个数值至该替换模板的最后一个值。替换点坐标读取单元，用于根据替换点标识index的值，从替换模板中读取当前点的替换点坐标；替换单元，用于根据确定的坐标，将当前点用替换点替换。
其中所述边缘检测单元包括边界和细节检测单元、阶梯过渡带区域检测单元和平坦区域判断单元；所述边界和细节检测单元，用于根据输入当前像素点的像素值，检测当前像素点是否位于边界点、细节点；其中所述边界和细节检测单元可采用现有的边界和细节检测单元实现；所述阶梯过渡带区域检测单元，用于根据输入当前像素点的像素值，检测当前像素点是否位于阶梯过渡带区域；所述平坦区域判断单元，用于根据边界和细节检测单元、阶梯过渡带区域检测单元的检测结果，判断当前点是否处于阶梯过渡带区域，只有当前像素点既不处于边界点和细节点，也不处于阶梯过渡带区域时，才表示当前像素点处于平坦区，否则处于非平坦区。其中，如图8所示，所述阶梯过渡带区域检测单元还包括以下单元输入像素缓存单元，用于对输入像素点的像素值进行缓存；差分单元，用于对相邻像素点的像素值进行差分；即将相邻的两个像素点相减，得到一差分值。累加单元，用于将得到的相邻像素点的差分值进行累加，得到一累加值；比较单元，对累加值取绝对值后与一设定的阈值进行比较；其中，所述阈值可设置为任意的自然数，例如可设置阈值为10，又例如可设置为18等等，用户可根据实际的效果进行调试。区域判断单元，用于判断当累加值大于该设定的阈值时，则当前像素点处于阶梯过渡带区域，否则不处于阶梯过渡带区域。通过所述基于随机替换的降噪系统，可以有效检测出图像的平坦区域，将平坦区域的渲染噪声和大多数的高斯噪声“分散”到周围的各个区域，使噪声被大大减弱，从而达到降噪的效果。本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory, ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory, RAM)等。以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体实施方式
对本发明进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及设备；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
权利要求
1.一种基于随机替换的降噪方法，其特征在于，该方法包括如下步骤 初始化参数设置，所述初始化参数设置包括设置替换模板的长度、产生替换模板、替换边界大小、替换点标识的初始化值；其中，替换模板的长度为任意自然数；替换边界的大小可设置为不大于每行像素点数的一半的任意自然数；替换点标识的初始化值满足该替换点标识的取值范围依次从替换模板的第一个数值至该替换模板的最后一个值； 对输入图像进行边缘检测，根据检测结果，判断当前像素是否位于平坦区域； 若当前像素位于平坦区域，则判断替换点标识是否等于替换模板的长度减1，若是，则将该替换点标识复位为O ;否则,该替换点标识加I ; 根据替换点标识，从替换模板中读取当前点的替换点坐标； 根据读取的坐标，将当前点用替换点替换。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对输入图像进行边缘检测，根据检测结果，判断当前像素是否位于平坦区域，包括以下步骤 根据输入当前像素点的像素值，检测当前像素点是否位于边界点、细节点； 根据输入当前像素点的像素值，检测当前像素点是否位于阶梯过渡带区域； 上述检测均为否时，则当前像素点既不处于边界点和细节点，也不处于阶梯过渡带区域，得到当前像素点处于平坦区，否则，位于非平坦区域。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述检测当前像素点是否位于阶梯过渡带区域包括如下步骤 对输入像素点的像素值进行缓存； 对相邻像素点的像素值进行差分得到一差分值； 将得到的相邻像素点的差分值进行累加得到一累加值； 对累加值取绝对值后与一设定的阈值进行比较； 当累加值大于该设定的阈值时，则当前像素点处于阶梯过渡带区域，否则不处于阶梯过渡带区域。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述替换模板中的替换坐标为在正负替换边界值范围内的一组随机数确定的一维坐标。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述替换模板中的替换坐标为在两组在正负替换边界值范围内的随机数组成的二维坐标。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述随机数均匀分布在正负替换边界值范围内。
7.一种基于随机替换的降噪系统，其特征在于，该系统包括 初始化参数设置单元，用于初始化参数设置；所述初始化参数设置包括设置替换模板的长度、产生替换模板、替换边界大小、替换点标识的初始化值；其中，替换模板的长度为任意自然数；替换边界的大小可设置为不大于每行像素点数的一半的任意自然数；替换点标识的初始化值满足该替换点标识的取值范围依次从替换模板的第一个数值至该替换模板的最后一个值； 边缘检测单元，用于对输入图像进行边缘检测，根据检测结果，判断当前像素是否位于平坦区域； 替换点标识计算单元，用于若当前像素位于平坦区域时，判断替换点标识是否等于替换模板的长度减I，若是，则将该替换点标识复位为O ;否则,该替换点标识加I ; 替换点坐标读取单元，用于根据替换点标识，从替换模板中读取当前点的替换点坐标； 替换单元，用于根据读取的坐标，将当前点用替换点替换。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述边缘检测单元包括 边界和细节检测单元，用于根据输入当前像素点的像素值，检测当前像素点是否位于边界点、细节点； 阶梯过渡带区域检测单元，用于根据输入当前像素点的像素值，检测当前像素点是否位于阶梯过渡带区域； 平坦区域判断单元，用于根据边界和细节检测单元、阶梯过渡带区域检测单元的检测结果，判断当前点是否处于阶梯过渡带区域，只有当前像素点既不处于边界点和细节点，也不处于阶梯过渡带区域时，才表示当前像素点处于平坦区，否则处于非平坦区。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述阶梯过渡带区域检测单元包括 输入像素缓存单元，用于对输入像素点的像素值进行缓存； 差分单元，用于对相邻像素点的像素值进行差分得到一差分值； 累加单元，用于将得到的相邻像素点的差分值进行累加得到一累加值； 比较单元，用于对累加值取绝对值后与一设定的阈值进行比较； 区域判断单元，用于判断当累加值大于该设定的阈值时，则当前像素点处于阶梯过渡带区域，否则不处于阶梯过渡带区域。
全文摘要
本发明实施例公开了一种基于随机替换的降噪方法，该方法包括如下步骤初始化参数设置；对输入图像进行边缘检测，根据检测结果，判断当前像素是否位于平坦区域；若是，则计算替换点标识值；根据替换点标识值，从替换模板中读取当前点的替换点坐标，然后将当前点用替换点替换。同时本发明还公开了一种基于随机替换的降噪系统，该系统包括初始化参数设置单元、边缘检测单元、替换点标识计算单元、替换点坐标读取单元、替换单元。本发明技术方案通过采用随机替换的方法及系统，将图像中的噪声信号‘分散’到周围区域，对渲染噪声和大多数的高斯噪声都有较好的效果。
文档编号G06T5/00GK102999882SQ201110270059
公开日2013年3月27日 申请日期2011年9月13日 优先权日2011年9月13日
发明者李琛, 袁扬智, 韦毅, 石岭 申请人:深圳艾科创新微电子有限公司